Исследование циклического расписания для модели сетевого динамического объекта реального времени

Abstract

RU: Актуальность. Рассмотрено создание моделей автоматизированных систем управления проветриванием, предназначенных для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в шахтной вентиляционной сети. Решается задача исследования и реализации программных средств моделирования, которые дают возможность выполнения экспериментов с реальными наукоемкими объектами. Цель работы – повышение эффективности цифровой полунатурной модели шахтной вентиляционной сети за счет разработки способа организации вычислительного процесса, учитывающего разночастотные параметры моделей, и его оптимизации. Метод. Исследован, разработанный авторами, алгоритм планирования и реализация циклического расписания для модели динамического объекта реального времени, представленного шахтной вентиляционной сетью. Анализ математической модели аэродинамических процессов позволил отнести ее к классу жестких систем реального времени. Вычисления фазовых переменных, изменяющихся с различной скоростью, выполняется путем расщепления исходного алгоритма на параллельные потоки в программной модели. Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений математической модели объекта выполнено в соответствии с алгоритмом статических приоритетов и управлением при помощи временной шкалы теории расписаний. Определена допустимость расписаний для директивных сроков переменных объекта. Алгоритм планирования учитывает временные параметры программных средств как однопроцессорных, так и симметричных мультипроцессорных систем. Результаты. Анализ результатов моделирования предложенной модели с использованием циклических расписаний показывает соответствие получаемых результатов моделирования эталонным. Выводы. Основным достоинством модели является повышение производительности при выполнении обработки данных за счет уменьшения использования процессорного времени. Реализованный алгоритм циклического расписания полунатурной моделирующей платформы используется для последующей разработки системы управления технологическими и аварийными режимами проветривания в шахтах. UK: Актуальність. Розглянуте створення моделей автоматизованих систем управління провітрюванням призначених для запобігання виникненню аварійних ситуацій в шахтній вентиляційній мережі. Вирішується задача дослідження та реалізації програмних засобів моделювання, які дають можливість виконання експериментів з реальними наукомісткими об’єктами. Мета роботи – підвищення ефективності цифрової напівнатурної моделі шахтної вентиляційної мережі за рахунок розробки способу організації обчислювального процесу, що враховує різночастотні параметри моделей, та його оптимізація. Метод. Виконано дослідження розробленого алгоритму планування та реалізація циклічного розкладу для моделі динамічного об’єкту реального часу представленого шахтною вентиляційною мережею. Аналіз математичної моделі аеродинамічних процесів дозволив віднести її до класу жорстких систем реального часу. Обчислення фазових змінних, що змінюються із різною частотою, виконуються шляхом розщеплення початкового алгоритму на паралельні потоки програмної моделі. Чисельне інтегрування системи диференційних рівнянь математичної моделі об’єкта виконано відповідно з алгоритмом статичних пріоритетів та керуванням за допомоги часової шкали теорії розкладів. Визначена допустимість розкладів для директивних строків змінних об’єкту. Алгоритм планування враховує параметри програмних засобів як однопроцесорних, так і симетричних мультипроцесорних систем. Результати. Аналіз результатів моделювання запропонованої моделі з використанням циклічних розкладів показав відповідність отриманих результатів моделювання до еталонних. Висновки. Основною перевагою моделі є підвищення продуктивності при виконані обробки даних за рахунок зменшення використання процесорного часу. Реалізований алгоритм циклічного розкладу напівнатурної моделюючої платформи використовується для наступної розробки систем управління технологічними та аварійними режимами провітрювання у шахтах. EN: Context. Development of models of automated control systems for ventilation, designed to prevent emergencies in the mine ventilation network, is considered in the paper. The task of research and implementation of software modeling tools that allows the execution of experiments with real science-intensive objects is being solved. Objective is to improve effectiveness of the real-time model of a mine ventilation network by developing and optimizing a method for organizing a computational process that considers the different frequency parameters of the models. Method. We proposed and investigated the algorithm of scheduling and implementation of the cyclic schedule for the model of the dynamic real-time object, presented by the mine ventilation network. We analyzed the mathematical model of aerodynamic processes and classified it as a stiff real-time system. Calculations of phase variables with varying velocities are performed by splitting the original algorithm into parallel flows in the program model. Numerical integration of the differential equations system of the mathematical model of the object is performed in accordance with the algorithm of static priorities and controlled using the time scale. The schedules feasibility is determined for the target object limited parameters. The scheduling algorithm considers the time parameters of software tools for both uniprocessor and symmetric multiprocessor systems. Results. Analysis of simulation results of the proposed model with using cyclic schedules shows the correspondence of the obtained modeling results to the reference one. Conclusions. The main advantage of the model is the performance increase when performing data processing due to the reduction of the CPU usage time. Implemented cyclic schedule algorithm for real-time simulation platform can be used for development of control system for technological and emergency modes of ventilation in mines.